混凝土裂缝控制（优秀）_混凝土裂缝控制的意义

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混凝土裂缝控制

1、概述

近年来建设工程预拌混凝土用量急增，泵送工艺极大地方便了施工，提高了生产效率，缩短了工期。但同时也带来了不容忽视的问题，泵送混凝土早期开裂现象较多，特别是水平结构开裂已是一通病。当裂缝的宽度和深度发展到一定的程度，将影响混凝土构件的结构性能，降低建（构）筑物的安全度和使用受命。因此，对泵送混凝土开裂现象作大量调查，研究其开裂成因，提出防治措施，有着重要的经济意 义。

大家知道，造成混凝土构件开裂的原因是多方面的，从大方面着眼，主要有设计原因、施工原因、混凝土材性原因。例如，设计尺寸大小、配筋或构造等不合理会造成开裂；施工上模板不牢固、变形大、混凝土成型差、过早拆模、过早受荷等；混凝土材性上，原材料质量差、波动大、配合比不当等等。本次讨论主要从施工方面与混凝土材性方面进行开 展。

2、预拌泵送混凝土特点

泵送混凝土与现场现拌混凝土比较，一般有如下特点：

2.1 以往现场现拌混凝土用塔机吊送时，坍落度一般为3~5cm 或5~7cm，而目前泵送混凝土通常达18~22cm。2.2 砂率大

目前泵送混凝土比以往现拌混凝土的砂率平均高10%左右。如○1 《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T10-95，推荐的中砂泵送砂率宜为38~45%；○2 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ/T55-96 用中砂现拌砂率应为29~34%（W/C=0.4，Dx=20mm）；○3 《混凝土结构施工验收规范》GBJ50204-92用中砂泵送时宜为40~50%；○4 《高强混凝土结构技术规程》CECS：99 用中砂现拌为28~34%，泵送为34~44%；○5 《特细砂混凝土应用技术规程》DB51/5002-92 用特细砂现拌宜为16~22%（W/C=0.4，Dx=20mm，坍落度=30~50）。2.3 水泥用量大，用水量大

相同强度的混凝土，由于泵送工艺需要，水泥平均多30kg/m3 左右，用水量多30kg/m3 左右。

2.4 外加剂与矿物细掺料同时使用以往现拌混凝土时，多因认识不足或不想增添操作上的麻烦，很多现场未能掺用，或未同时掺用。2.5 缓凝时间长

预拌泵送混凝土由于运输和泵送的需要，其凝结时间比现拌的要长许多。

2.6 混凝土一次性泵送浇筑大，因而模板支撑系统随承受荷载大。

3、有关认识与概念 3.1 混凝土技术进步

通常我们说预拌泵送混凝土的应用，是混凝土工程技术进步的一大体现。但为何开裂现象反而更多了？实际上，或许说它是混凝土科学进步更为恰当。材料科学工作者对新拌的泵送混凝土拌合物和硬化后的泵送混凝土的材性在实验室内进行了大量卓有成效的研究，获得了丰富的具有很高价值的成果，极大地促进了人们对泵送混凝土材性在科学范畴内的掌握，而由工程技术人员对于泵送混凝土的应用研究却相对滞后。怎样才能用好泵送混凝土，或者说，工程技术人上要研究哪些技术问题才能更好地与泵送混凝土科学进步相匹配，值得工程界研究。例如对于泵送混凝土的沉实问题、布料装备配套问题、竖向结构分层布料振捣复振问题、养护问题等等的研究。3.2 裂缝的概念及分类 3.2.1 裂缝的定义：混凝土裂缝是指混凝土构件实体体积不连续的空间。

3.2.2 裂缝的分类

1）按裂缝产生的原因分

○1 由外荷载（静、动荷载）直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝。如：重庆南平某家具城、重庆某高校综合楼（八层）的梁柱节点处板上沿主梁呈八字裂，由于设计配筋构造不尽恰当引起有规律的开裂，层层如此。

○2 由变形变化引起的裂缝：包括结构因温度湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝。其特征是结构要求变形，当受到约束和限制时产生内应力，应力超过一定数值后产生裂缝，裂缝出现后变形得到满足，内应力松弛。这种裂缝宽度大、内应力小，对荷载的影响小，但对耐久性损害大。

椐国内外调查资料表明，工程结构产生属于变形变化（温湿度、收缩与膨胀、不均匀沉降）引起的裂缝约占80%；属于荷载引起的裂缝约占20%。

3.2.3 按裂缝所处状态划分

裂缝可分为运动、不稳定、稳定、闭合和愈合等状态。对于处于运动和不稳定扩展状态的裂缝，应考虑加固和补救措施。对于稳定、闭合、愈合的裂缝则可持久的应用。例如有些防水结构，在0.1Mpa 水压下，出现0.1~0.2mm 裂缝时，可能开始有轻微渗露，但经过一段时间后，裂缝处水化的水泥析出Ca（OH）2，逐渐弥合了裂缝，并与大气中的 CO2 作用，形成CaCO3 结晶，封闭和自愈合裂缝，防止了渗露的产生。这种裂缝是稳定的，不会影响工程结构的使用和耐久性。3.2.4 按裂缝形状分

裂缝按形状可分为表面的、深入的、贯穿的、断续的纵向的、横向的、对角线的、上宽下窄、上窄下宽、外宽内窄、囊核形的等等。3.3 裂缝宽度

3.3.1 平均裂缝宽度

在整条裂缝上，其宽度是不均匀的，有的位臵宽，有的位臵窄。平均裂缝宽度是指裂缝长度10~15%范围较宽区段平均裂缝宽度和裂缝长度10~15%范围较窄区段平均裂缝宽度的平均值，即最大与最小平均裂缝的平均值。

1）无侵蚀介质、无抗渗要求，结构处于正常状态下，最大裂缝宽度不得大于0.3mm。2）有轻微侵蚀、无抗渗要求时，最大裂缝宽度不得大于0.2mm 3）有严重侵蚀和抗渗要求时，不得大于0.1mm 4）混凝土有自防水要求时，不得大于0.1mm 一种观点认为：上述标准是从耐久性考虑的，为设计和裂缝检测的控制范围。但在工程实践中，有些结构存在数毫米宽的裂缝仍在使用，而且多年后也没有破坏危险。如土木建筑中的各种大型、特种结构和设备基础，一般均存在裂缝，完全无裂缝是不可能的。科技工作者的主要任务是根据裂缝的部位、所处环境、配筋情况和结构形式，进行具体分析、判断和处理。一些专家和学者根据对结构物裂缝的实际经 验，认为规范中限制的裂缝宽度应当根据具体条件加以放宽，如像大量的表面裂缝，如果经过周密的研究分析确定是由变形作用引起的，其宽度可不受限制，只需作表面封闭处理，我们认为这种观点值得商榷，对待工程结构应慎重。

4、变形裂缝产生的原因和特征 4.1 温度裂缝

4.1.1 产生的原因和特征

自身原因，另外是环境温度变化造成的开裂。水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出约50.2J的热量，如果以水泥用量0~550kg/m3 来计算，每m3 混凝土放出17500~27500kJ 的热量，从而使混凝土内部温度升高，在浇筑温度的基础上，通常升高35℃左右。如果按照我国施工验收规范规定浇筑混凝土温度为28℃则可使混凝土内部温度达到65℃左右。但是。如果没有降温措施或浇筑温度过高，混凝土内部温度高达80~90℃的情况也时有发生，例如XX 大厦在浇筑筏板反梁基础的大体积混凝土的内部温度，经实际测定高达95℃。水泥水化热在1~3 天可放出热量的50%，由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3~5 天，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度高，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力（包括混凝土抗拉强度）时，就会产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3~5 天，初期出现的裂缝很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。

4.1.2 影响因素和防治措施

混凝土内部温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，形成温度应力越大，产生裂缝的可能性就越大。对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，混凝土结构尺寸越大，体内温度越高，温度梯度越大，温度应力也越大，因而引起的裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。1）混凝土原材料和配合比的选用

○1 水泥品种的选择和水泥用量的控制大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，在掺加泵送剂或用混凝土后期强度，以 减少水泥用量。根据大量试验研究和工程实践表明，每m3混凝土的水泥用量增减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低约1℃。因此，为更好的控制水化热所造成的温度升高、减少温度应力，可根据工程结构实际承受荷载的情况，对工程结构的强度和刚度进行复核与验算，并取得设计单位的同意后，可用56 天或90 天抗压强度代替28 天抗压强度作为设计强度。由于过去土木建筑物层数不多、跨度 不大，且多为现场搅拌，施工工期短，混凝土标准试验龄期定为28 天，但对于具有大体积钢筋混凝土基础的高层建筑，大多数是施工期限很长，少则1~2 年，多则4~5 年，28 天不可能向混凝土结构，特别是向大体积钢筋混凝土基础施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度龄期推迟到56 天或90天是合理的，正是基于这点，国内外许多专家均提出建议。如果充分利用混凝土的后期强度，则可使每立方米混凝土的用量减少40~70kg 左右，则混凝土温度相对降低4~7℃。最后，为减少水泥水化热和降低内外温差的办法是减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450 kg/m3 以下。如果强度允许，可采用掺加粉煤灰来调整。

2）掺加掺合料

国内外大量试验研究和工作实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性，并且能够补充泵送混凝土中粒径在0.315mm 以下的细集料达到占15%的要求，从而改善了可泵性。同时、，依照大体积混凝土所具有的强度特点，初期处于较高温度条件下，强度增长较快、较高，但 是后期强度增长缓慢。掺加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2 与水泥水化析出的Ca（OH）2 作用，形成新的水化产物，填充空隙、增加密实度，从而改善了混凝土的后期强度。但是应当值得注意的是，掺加粉煤灰后混凝土的早期抗拉强度和极限变形略有降低。因此，对早期抗裂要求较高的混凝土，粉煤灰掺量不宜太多，宜在10~15%以内。特别重要的效果是掺加原状或磨细粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的温度升高。掺加粉煤灰的水泥混凝土的温度和水化热，在1~28d 龄期内，大致为：掺入粉煤灰的百分数就是温度和水化热降低的百分数，即掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺加粉煤灰的水泥混凝土的80%，可见掺加粉煤灰对降低混凝土的水化热和温升的效果是非常显著的。3）掺加外加剂

掺加具有减水、增塑、换凝、引气的泵送剂，可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，因而减少温度裂缝。例如，在泵送混凝土中，掺入占水泥重量0.25%的木质素磺酸钙减水剂，不仅能使混凝土的泵送性能改善，而且可 以减少拌合水和水泥用量，从而降低水化热，延迟了水化热释放速度，推迟放热峰。因此，不但减少了温度应力，而且使初凝和终凝时间延缓3~8h，降低了大体积混凝土施工中出现冷缝的可能性。4）选用质量优良的粗细集料 粗集料

根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径，选择合理的最大粒径，尽可能选用较大的粒径。例如5~40mm 粒径可比5~25mm 粒径发碎石或卵石混凝土可减少用水量6~8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而减少泌水、收缩和水化热。要优先选用天然连续级配的粗集料、使混凝土具有较好的可泵性，减少用水量、水泥用量，进而减少水化热。细集料

以采用集配良好的中砂为宜。实践证明，采用细度模数2.8 的中砂比采用细度模数2.3 的中砂，可减少用水量20~25kg/m3，因而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。泵送混凝土也宜选用合理的砂率，其砂率值较低流动性混凝土适当提高是必然的。但是砂率过大，不仅会影响混凝土的工作度和强度，而且能增大收缩和裂缝。○2 泵送混凝土施工工艺改进

1）控制混凝土出机温度和浇筑温度

为了降低混凝土的总温升，减少大体积混凝土结构的内外温差，控制混凝土的出机温度和浇筑温度也是一个重要措施。

对于出机温度和浇筑温度的控制，世界各国都非常重视，并有较明确的规定：我国《水工混凝土施工规范》（SDJ207-82）中规定：高温季节施工时，混凝土最高浇筑温度，不得超过28℃。为求得统一，《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）也规定了这个温度值。日本规范规定，暑期混凝土的拌制温度为30℃以下，浇筑时的混凝土温度应低于35℃；对于大体积混凝土的温度，规定拌制时为25℃以下，浇筑时要在30℃以下。前苏联规范规定，暑期施工时，当浇筑表面系数大于3 的结构混凝土时，混凝土拌合物从搅拌站运出时的温度应不超过30~35℃，而对于表面系数小于3 的大体积结构，混凝土拌合物温度应尽可能降低，且不超过20℃。美国规范规定，在炎热的气候条件下，浇筑温度不得超过32℃。德国规范规定，在炎热气候时，新拌混凝土温度，在卸车时不得超过30℃。为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度。最有效的方法是降低原料温度，混凝土中石子比热较小，但每m3 混凝土中石子所占重量最大，所以最有效的方法是降低石子温度。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料。国外也有的搅拌站搅拌混凝土时加冰块冷却。除此之外，搅拌运输车罐体、泵送管道保温、冷却也是必要的措施。2）改进工艺 搅拌工艺

采用二次投料的净浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大，从而提高混凝土强度10%或节约水泥5%，并进一步减少水化热和裂缝。振动工艺 对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。养护工艺

为了严格控制大体积混凝土的内外温差，确保混凝土质量，减少裂缝，是一个十分重要和关键的工序，必须切实做好。混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散,降低混凝土内外的温差，防止表面裂缝。由于散热时间延长，混凝土强度和松弛作用得到充分发挥，使混凝土总温差产生的拉应力小于混凝土的标准抗拉强度，防止了贯穿裂缝的产生。浇筑时间不长的混凝土，仍 然处于凝结、硬化过程，水泥水化速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面脱水而产生收缩裂缝。同时在潮湿条件下，可使水泥的水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。混凝土的保湿养护持续时间，应该按规范要求7d 或14d。保湿措施较好的有在浇完毕，待混凝土表面水失去无光泽时喷洒养护剂等。4.2、塑性收缩裂缝

4.2.1、产生的原因和特征

在泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中，特别是板、墙等表面系数大的结构之中，经常出现一种早期裂缝。这种裂缝为断续的水平裂缝，裂缝中部较宽、两端较窄、呈棱状。裂缝经常发生在板结构的钢筋部位、板肋交接处、梁板交接处、梁柱交接处、结构变截面的地方。这种裂缝产生的原因主要是流动性过大和流动性不足以及不均匀，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时常受钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇注后1~3 小时（泵送混凝土初凝）出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。4.2.2、影响因素和防治措施

1）要严格控制混凝土单位用水量在170kg/m3 以下，水灰比在0.6 以下，在满足泵送和浇筑要求时，宜尽可能减少坍落度；

2）掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料，可改善工作性和减少沉陷；

3）混凝土搅拌时间要适当，时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷；

4）混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分；

5）混凝土应振捣密实，时间以10~15 秒/次为宜，在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇筑振捣。

6）在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应该采取覆盖措施。4.3、干缩裂缝

4.3.1、产生的原因和特征

干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论有毛细管张力学说、表面吸附学说和平层水学说等，不论哪种学说，都是水分蒸发引起的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里，逐渐发展的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半载，而且裂缝发生在表层很浅的位臵，裂缝细微，有时呈平行线状或网状，常常不被人注视。但是应当特别注意，由于炭化和钢筋锈蚀的作用，干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载力。4.3.2、影响因素和防治措施 1）水泥品种

一般来说，水泥的需水量越大，混凝土的干燥收缩越大，不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。所以，从减少收缩的角度出发，宜采用中低热水泥和分煤灰水泥。2）水泥用量

混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大，但是增加量不显著。在有可能减少水泥用量时，还是尽可能降低水泥用量，因为泵送混凝土的水泥用量偏高，C20~C60 混凝土的水泥用量一般约为50~600kg/m3。3）用水量

混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比、为直线关系；当水泥用量较高的条件下，混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩越大。沉陷裂缝、干缩裂缝都是由于混凝土单方面用水量过大、混凝土过稀、坍落度过大，而且水分蒸发过快、过多造成的。因此严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。为此，在混凝土配合比设计中应尽可能降低单方面混凝土用水量，对于浇筑墙体和板材的单方混凝土用水量的控制尤为重要。特别值得注意的是，施工混凝土坍落度（或用水量）绝对不允许大于配合比设计给定的坍落度（或用水量）。为了降低用水量，掺加减水率高、分散性能好的外加剂是非常必要的。4）砂率

混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大，但增加的数值不大。泵送混凝土宜加大砂率，但不是笼统的和无限的，也应在最佳砂率范围内，可以通过理论计算和工程实践确定。5）掺合料

矿渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤面岩等粉状掺合料，掺加到混凝土中，一般都会增大混凝土的干燥收缩值。但是质量良好、含有大量球形颗粒的一级粉煤灰，由于内比表面积小、需水量少，故能降低混凝土的干燥收缩值。6）化学外加剂

掺加减水剂、泵送剂，特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩，但是对于某些减水剂、泵送剂，尤其是具有引气作用时，有增大混凝土干燥收缩的趋势。因此在选用外加剂时，必须选用干燥收缩小的减水剂或泵送剂。7）膨胀剂

在地下室和防水工程中，混凝土中宜掺加膨胀剂可以起到收缩补偿作用，有利于防止裂缝。但是使用混凝土膨胀剂，一定要严格控制掺量和保证混凝土有足够的强度，否则会使混凝土肿胀和开裂。8）养护时间和方法

混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过快，产生较大的收缩，受到内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温、保温养护，对减少干燥收缩有很大作用。综上所述，预拌泵送混凝土，特别是在高强度、大流动性条件下，由于水泥用量多，单位用水量大，砂率高和掺化学外加剂，使混凝土干燥收缩，产生裂缝的潜在危险大，对此必须引起足够重视。为此要按施工要求选择较低的坍落度，在满足流动性和强度条件下，尽可能降低用水量和水泥用量。必要时掺加适量膨胀剂。在施工中采用二次振捣，加强抹面和湿养护措施。

5、对已硬化混凝土裂缝的处理

如果带有塑性裂缝的混凝土已经硬化，这时应如何处理呢？一般塑性裂缝常在混凝土建筑结构的表面形成，像粗梁、细柱和剪立墙上部的沉降裂缝和混凝土板、墙表面早期失水形成的塑性收缩裂缝还会因降温、干燥而进一步开裂，所以不能采用硬质材料来填充塑性裂缝。在塑性裂缝出现后应及时进行处理才行，以便阻止各类杂物掉入裂缝，易使钢筋锈蚀，性能下降，并且在多次冻融循环作用后导致混凝土剥落，缩短建（构）筑物的使用寿命。在混凝土依然是潮湿状态时，常用的处理措施有：在裂缝很小时，作为临时措施可以嵌入水泥和膨胀剂的混合物填充到裂缝中。在裂缝尺寸稍大一些时，可以直接浇筑具有微膨胀剂的水泥砂浆，采用 水灰比与原材料混凝土的相同。若混凝土已经硬化，而且已十分干燥了，可考虑采用环氧树脂水泥砂浆或聚合物水泥砂浆灌缝，若强度要求不高的混凝土构件还可以采用柔性材料进行密封，如各种防水密封胶等，防止渗水和钢筋锈蚀。__